check in latest updates to documentation
[sfa.git] / util / cert.py
index 10be601..5d4796e 100644 (file)
@@ -1,25 +1,41 @@
-# cert.py
+##
+# Geniwrapper uses two crypto libraries: pyOpenSSL and M2Crypto to implement
+# the necessary crypto functionality. Ideally just one of these libraries
+# would be used, but unfortunately each of these libraries is independently
+# lacking. The pyOpenSSL library is missing many necessary functions, and
+# the M2Crypto library has crashed inside of some of the functions. The
+# design decision is to use pyOpenSSL whenever possible as it seems more
+# stable, and only use M2Crypto for those functions that are not possible
+# in pyOpenSSL.
 #
-# a general purpose class for dealing with certificates
-#
-# this class serves as an interface between a lower-level X.509 certificate
-# library such as pyOpenSSL or M2Crypto. Currently both of these libraries
-# are being used due to lack of functionality in pyOpenSSL and some apparant
-# bugs in M2Crypto
+# This module exports two classes: Keypair and Certificate.
+##
 
+import os
+import tempfile
 from OpenSSL import crypto
 import M2Crypto
 from M2Crypto import X509
 from M2Crypto import EVP
 
-# Keypair
-#
-# represents a private/public key pair, or a public key
+from excep import *
+
+##
+# Public-private key pairs are implemented by the Keypair class.
+# A Keypair object may represent both a public and private key pair, or it
+# may represent only a public key (this usage is consistent with OpenSSL).
 
 class Keypair:
    key = None       # public/private keypair
    m2key = None     # public key (m2crypto format)
 
+   ##
+   # Creates a Keypair object
+   # @param create If create==True, creates a new public/private key and
+   #     stores it in the object
+   # @param string If string!=None, load the keypair from the string (PEM)
+   # @param filename If filename!=None, load the keypair from the file
+
    def __init__(self, create=False, string=None, filename=None):
       if create:
          self.create()
@@ -28,44 +44,109 @@ class Keypair:
       if filename:
          self.load_from_file(filename)
 
-   def create(self):
+   ##
+   # Create a RSA public/private key pair and store it inside the keypair object
+
+   def create(self):\r
       self.key = crypto.PKey()
       self.key.generate_key(crypto.TYPE_RSA, 1024)
 
+   ##
+   # Save the private key to a file
+   # @param filename name of file to store the keypair in
+
    def save_to_file(self, filename):
       open(filename, 'w').write(self.as_pem())
 
+   ##
+   # Load the private key from a file. Implicity the private key includes the public key.
+
    def load_from_file(self, filename):
       buffer = open(filename, 'r').read()
       self.load_from_string(buffer)
 
+   ##
+   # Load the private key from a string. Implicitly the private key includes the public key.
+
    def load_from_string(self, string):
       self.key = crypto.load_privatekey(crypto.FILETYPE_PEM, string)
       self.m2key = M2Crypto.EVP.load_key_string(string)
 
+   ##
+   #  Load the public key from a string. No private key is loaded. 
+
+   def load_pubkey_from_file(self, filename):
+      # load the m2 public key
+      m2rsakey = M2Crypto.RSA.load_pub_key(filename)
+      self.m2key = M2Crypto.EVP.PKey()
+      self.m2key.assign_rsa(m2rsakey)
+
+      # create an m2 x509 cert
+      m2name = M2Crypto.X509.X509_Name()
+      m2name.add_entry_by_txt(field="CN", type=0x1001, entry="junk", len=-1, loc=-1, set=0)
+      m2x509 = M2Crypto.X509.X509()
+      m2x509.set_pubkey(self.m2key)
+      m2x509.set_serial_number(0)
+      m2x509.set_issuer_name(m2name)
+      m2x509.set_subject_name(m2name)
+      ASN1 = M2Crypto.ASN1.ASN1_UTCTIME()
+      ASN1.set_time(500)
+      m2x509.set_not_before(ASN1)
+      m2x509.set_not_after(ASN1)
+      junk_key = Keypair(create=True)
+      m2x509.sign(pkey=junk_key.get_m2_pkey(), md="sha1")
+
+      # convert the m2 x509 cert to a pyopenssl x509
+      m2pem = m2x509.as_pem()
+      pyx509 = crypto.load_certificate(crypto.FILETYPE_PEM, m2pem)
+
+      # get the pyopenssl pkey from the pyopenssl x509
+      self.key = pyx509.get_pubkey()
+
+   ##
+   # Load the public key from a string. No private key is loaded.
+
+   def load_pubkey_from_string(self, string):
+      (f, fn) = tempfile.mkstemp()
+      os.write(f, string)
+      os.close(f)
+      self.load_pubkey_from_file(fn)
+      os.remove(fn)
+
+   ##
+   # Return the private key in PEM format.
+
    def as_pem(self):
       return crypto.dump_privatekey(crypto.FILETYPE_PEM, self.key)
 
+   ##
+   # Return an OpenSSL pkey object
+
    def get_m2_pkey(self):
       if not self.m2key:
          self.m2key = M2Crypto.EVP.load_key_string(self.as_pem())
       return self.m2key
 
+   ##
+   # Given another Keypair object, return TRUE if the two keys are the same.
+
    def get_openssl_pkey(self):
       return self.key
 
    def is_same(self, pkey):
       return self.as_pem() == pkey.as_pem()
 
-# Certificate
-#
-# Represents an X.509 certificate. Support is included for a list of
-# certificates by use of a "parent" member. See load_from_string() and
-# save_to_string() for insight into how a recursive chain of certs is
-# serialized.
+##
+# The certificate class implements a general purpose X509 certificate, making
+# use of the appropriate pyOpenSSL or M2Crypto abstractions. It also adds
+# several addition features, such as the ability to maintain a chain of
+# parent certificates, and storage of application-specific data.
 #
-# Certificates support an application-defined "data" field, which is
-# stored in the subjectAltName field of the X.509 certificate.
+# Certificates include the ability to maintain a chain of parents. Each\r
+# certificate includes a pointer to it's parent certificate. When loaded\r
+# from a file or a string, the parent chain will be automatically loaded.\r
+# When saving a certificate to a file or a string, the caller can choose\r
+# whether to save the parent certificates as well.\r
 
 class Certificate:
    digest = "md5"
@@ -76,6 +157,15 @@ class Certificate:
    issuerSubject = None
    parent = None
 
+   ##
+   # Create a certificate object.
+   #\r
+   # @param create If create==True, then also create a blank X509 certificate.\r
+   # @param subject If subject!=None, then create a blank certificate and set\r
+   #     it's subject name.\r
+   # @param string If string!=None, load the certficate from the string.\r
+   # @param filename If filename!=None, load the certficiate from the file.\r
+
    def __init__(self, create=False, subject=None, string=None, filename=None):
        if create or subject:
            self.create()
@@ -86,15 +176,25 @@ class Certificate:
        if filename:
            self.load_from_file(filename)
 
+   ##
+   # Create a blank X509 certificate and store it in this object.
+
    def create(self):
        self.cert = crypto.X509()
        self.cert.set_serial_number(1)
        self.cert.gmtime_adj_notBefore(0)
        self.cert.gmtime_adj_notAfter(60*60*24*365*5) # five years
 
+   ##
+   # Given a pyOpenSSL X509 object, store that object inside of this
+   # certificate object.
+
    def load_from_pyopenssl_x509(self, x509):
        self.cert = x509
 
+   ##
+   # Load the certificate from a string
+
    def load_from_string(self, string):
        # if it is a chain of multiple certs, then split off the first one and
        # load it
@@ -104,25 +204,42 @@ class Certificate:
        # if there are more certs, then create a parent and let the parent load
        # itself from the remainder of the string
        if len(parts) > 1:
-           self.parent = Certificate()
+           self.parent = self.__class__()
            self.parent.load_from_string(parts[1])
 
+   ##
+   # Load the certificate from a file
 
    def load_from_file(self, filename):
        file = open(filename)
        string = file.read()
        self.load_from_string(string)
 
+   ##
+   # Save the certificate to a string.
+   #
+   # @param save_parents If save_parents==True, then also save the parent certificates.
+
    def save_to_string(self, save_parents=False):
        string = crypto.dump_certificate(crypto.FILETYPE_PEM, self.cert)
        if save_parents and self.parent:
           string = string + "-----parent-----" + self.parent.save_to_string(save_parents)
        return string
 
+   ##
+   # Save the certificate to a file.
+   # @param save_parents If save_parents==True, then also save the parent certificates.
+
    def save_to_file(self, filename, save_parents=False):
        string = self.save_to_string(save_parents=save_parents)
        open(filename, 'w').write(string)
 
+   ##
+   # Sets the issuer private key and name
+   # @param key Keypair object containing the private key of the issuer
+   # @param subject String containing the name of the issuer
+   # @param cert (optional) Certificate object containing the name of the issuer
+
    def set_issuer(self, key, subject=None, cert=None):
        self.issuerKey = key
        if subject:
@@ -145,10 +262,16 @@ class Certificate:
        assert(subject)
        self.issuerSubject = subject
 
+   ##
+   # Get the issuer name
+
    def get_issuer(self, which="CN"):
        x = self.cert.get_issuer()
        return getattr(x, which)
 
+   ##
+   # Set the subject name of the certificate
+
    def set_subject(self, name):
        req = crypto.X509Req()
        subj = req.get_subject()
@@ -158,15 +281,26 @@ class Certificate:
        else:
            setattr(subj, "CN", name)
        self.cert.set_subject(subj)
+   ##
+   # Get the subject name of the certificate
 
    def get_subject(self, which="CN"):
        x = self.cert.get_subject()
        return getattr(x, which)
 
+   ##
+   # Get the public key of the certificate.
+   #
+   # @param key Keypair object containing the public key
+
    def set_pubkey(self, key):
        assert(isinstance(key, Keypair))
        self.cert.set_pubkey(key.get_openssl_pkey())
 
+   ##
+   # Get the public key of the certificate.
+   # It is returned in the form of a Keypair object.
+
    def get_pubkey(self):
        m2x509 = X509.load_cert_string(self.save_to_string())
        pkey = Keypair()
@@ -174,16 +308,32 @@ class Certificate:
        pkey.m2key = m2x509.get_pubkey()
        return pkey
 
+   ##
+   # Add an X509 extension to the certificate. Add_extension can only be called
+   # once for a particular extension name, due to limitations in the underlying
+   # library.
+   #
+   # @param name string containing name of extension
+   # @param value string containing value of the extension
+
    def add_extension(self, name, critical, value):
        ext = crypto.X509Extension (name, critical, value)
        self.cert.add_extensions([ext])
 
+   ##
+   # Get an X509 extension from the certificate
+
    def get_extension(self, name):
        # pyOpenSSL does not have a way to get extensions
        m2x509 = X509.load_cert_string(self.save_to_string())
        value = m2x509.get_ext(name).get_value()
        return value
 
+   ##
+   # Set_data is a wrapper around add_extension. It stores the parameter str in
+   # the X509 subject_alt_name extension. Set_data can only be called once, due
+   # to limitations in the underlying library.
+
    def set_data(self, str):
        # pyOpenSSL only allows us to add extensions, so if we try to set the
        # same extension more than once, it will not work
@@ -192,6 +342,9 @@ class Certificate:
        self.data = str
        self.add_extension("subjectAltName", 0, "URI:http://" + str)
 
+   ##
+   # Return the data string that was previously set with set_data
+
    def get_data(self):
        if self.data:
            return self.data
@@ -207,6 +360,9 @@ class Certificate:
        self.data = uri[11:]
        return self.data
 
+   ##
+   # Sign the certificate using the issuer private key and issuer subject previous set with set_issuer().
+
    def sign(self):
        assert self.cert != None
        assert self.issuerSubject != None
@@ -214,6 +370,11 @@ class Certificate:
        self.cert.set_issuer(self.issuerSubject)
        self.cert.sign(self.issuerKey.get_openssl_pkey(), self.digest)
 
+    ##
+    # Verify the authenticity of a certificate.
+    # @param pkey is a Keypair object representing a public key. If Pkey
+    #     did not sign the certificate, then an exception will be thrown.
+\r
    def verify(self, pkey):
        # pyOpenSSL does not have a way to verify signatures
        m2x509 = X509.load_cert_string(self.save_to_string())
@@ -228,20 +389,58 @@ class Certificate:
        # except:
        #   return 0
 
+   ##
+   # Return True if pkey is identical to the public key that is contained in the certificate.
+   # @param pkey Keypair object
+
    def is_pubkey(self, pkey):
        return self.get_pubkey().is_same(pkey)
 
+   ##
+   # Given a certificate cert, verify that this certificate was signed by the
+   # public key contained in cert. Throw an exception otherwise.
+   #
+   # @param cert certificate object
+
    def is_signed_by_cert(self, cert):
        k = cert.get_pubkey()
        result = self.verify(k)
        return result
 
+   ##
+   # Set the parent certficiate.
+   #
+   # @param p certificate object.
+
    def set_parent(self, p):
         self.parent = p
 
+   ##
+   # Return the certificate object of the parent of this certificate.
+
    def get_parent(self):
         return self.parent
 
+   ##
+   # Verification examines a chain of certificates to ensure that each parent
+   # signs the child, and that some certificate in the chain is signed by a
+   # trusted certificate.
+   #
+   # Verification is a basic recursion: <pre>
+   #     if this_certificate was signed by trusted_certs:\r
+   #         return\r
+   #     else\r
+   #         return verify_chain(parent, trusted_certs)\r
+   # </pre>\r
+   #\r
+   # At each recursion, the parent is tested to ensure that it did sign the
+   # child. If a parent did not sign a child, then an exception is thrown. If
+   # the bottom of the recursion is reached and the certificate does not match
+   # a trusted root, then an exception is thrown.
+   #
+   # @param Trusted_certs is a list of certificates that are trusted.\r
+   #
+
    def verify_chain(self, trusted_certs = None):
         # Verify a chain of certificates. Each certificate must be signed by
         # the public key contained in it's parent. The chain is recursed
@@ -254,21 +453,19 @@ class Certificate:
             # TODO: verify expiration of trusted_cert ?
             if self.is_signed_by_cert(trusted_cert):
                 #print self.get_subject(), "is signed by a root"
-                return True
+                return
 
         # if there is no parent, then no way to verify the chain
         if not self.parent:
             #print self.get_subject(), "has no parent"
-            return False
+            raise CertMissingParent(self.get_subject())
 
         # if it wasn't signed by the parent...
         if not self.is_signed_by_cert(self.parent):
             #print self.get_subject(), "is not signed by parent"
-            return False
+            return CertNotSignedByParent(self.get_subject())
 
         # if the parent isn't verified...
-        if not self.parent.verify_chain(trusted_certs):
-            #print self.get_subject(), "parent does not verify"
-            return False
+        self.parent.verify_chain(trusted_certs)
 
-        return True
+        return